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焦耳定律
同学们上课。我们先来复习一下之前学习的内容。大家还记得电流做功和
什么因素有关吗？电功又如何计算呢？（电流做功和电流的大小、电压的大小、
通电时间长短都有关系，所以电功的计算公式是 ）很好，看来大家在
课下都有复习。我们知道，各种形式的能可以相互转化，比如说摩擦生热是机
械能转化为内能。那么我们日常生活中常见的电动机、电风扇 、电灯，这些电
器是将什么能转化为什么能呢？（对，很好，将电能转化为机械能或光能）那
么大家有没有注意到，当这些电器工作一会后，用手摸一下外壳，会有什么感
觉呢？（感觉外壳比较热，有时还会烫手）这是什么原因呢？下面我们就一起
来学习：焦耳定律。
大家来看多媒体中的图片，图片展示的是取暖器、电炉和电烙铁，那么这
三个电器有什么共同特点呢？（都可以发热）那么它们是将什么能转化为什么
能呢？（电能转化为内能）很好，像这些电器，当电流通过导体时，电能转化
为内能的现象，称为电流的热效应。我们摸电动机、电风扇的外壳感觉到热，
也是因为电流通过这些电器时，电能转化为内能，产生电流的热效应。
那么假如电炉通过导线接到电路中，电炉丝和导线通过的电流相同，为什
么电炉丝热的发红，而导线几乎不热呢？换句话说，电流通过导体产生的热的
多少与什么因素有关呢？下面我们通过一个实验探究一下。大家看，老师的讲
桌上有两个密封的透明容器连接着两个U型管，这两个容器内密封着空气，还
有一段电阻丝，右边的电阻丝的电阻要更大一些。当我们把这两端电阻丝串联
连入电路时，通过U型管内液面高度的变化，我们可以间接地了解密闭空气温
度的变化。现在老师闭合开关，通电一段时间后，大家注意观察这两个 U型管
内液面高度的变化。（右边的U型管液面要更高一些，说明密闭空气的温度更
高，也就说明右边的电阻丝产生的热量要多一些。）通过这个实验我们可以得
到什么结论呢？（在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻
产生的热量越多。）
现在老师把容器内的电阻丝换成相同阻值的电阻丝，并且在左边一个容器
的外边将一个电阻和容器内的电阻并联，因此，把它们接入电路后，通过两个
容器内电阻丝的电流不同。现在老师闭合开关，通电一段时间，大家再来观察
U型管内液面高度的变化。（还是右边的 U型管内液面高度要高一些，说明右
边的电阻丝产生的热量要多一些。）通过这个实验我们可以得到什么结论呢？
（在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过电阻的电流越大，电阻产生的热
量越多。）
由此可见，电流通过导体产生的热的多少与什么因素有关呢？（和电流大
小、电阻大小和通电时间都有关系。）其实，在两百多年前，英国物理学家焦
耳就研究过这个问题，并通过大量的实验确定了电流产生的热量跟电流、电阻
和通电时间的关系：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体
的电阻成正比，跟通电时间成正比。这就是焦耳定律。如果热量用 Q表示，电
流用 I 表示，电阻用 R 表示，时间用 t 表示，那么焦耳定律的表达式就是
。
对于电炉、取暖器这些电器，电流通过之后，电能全部转化为内能，而没
有转化为其它形式的能量，那么电流产生的 热量 Q就等于消耗的电能 W，所以 。学习完了焦耳定律，同学们能回答：为什么电炉丝热的发红，而导线几
乎不热，这个问题吗？（因为导线的电阻要远小于电炉丝的电阻，所以在通过电流相同、
通电时间相同的情况下，电炉丝产生的热量更多。）
